편집 : 코어테크 기술지원부 엔지니어 예청졔

개요

펠리 팀은 다중 캐비티, 짧은 주기, 높은 수율, 적은 사후 처리를 목표로 식품 저장용기의 양산 개발을 진행하고, 스크랩 감소 및 콜드 슬러그로 인한 외관 불량을 방지하기 위해 밸브 게이트 핫러너를 사용했다. 그러나 밸브 게이트 핫러너에 코너 효과가 발생함에 따라 유동 불균형이 발생하고, 웰드라인, 에어트랩 및 헤일로 마크 문제가 발생했다. 펠리 팀은 Moldex3D 시리즈의 시뮬레이션 분석을 통해 문제 원인을 성공적으로 확인하고 솔루션을 검증하여 문제점을 순조롭게 해결함으로써 24시간 연속 생산 목표를 안정적으로 달성했다.

도전

• 유동 불균형
• 에어트랩 및 웰드라인
• 헤일로 마크

솔루션

Moldex3D충전 분석 및 Hexa-based메쉬 기술을 통해, 유동 불균형을 개선하는 방법 찾기.

효과

• 외관 결함 해결
• 성형 수율 99% 개선
• 안정적 생산

사례 연구

이 제품은 AS로 만들어진 140mm × 140mm × 210mm 사이즈의 투명 저장용기로,(그림 1) 이중 캐비티 설계의 몰드에 밸브 게이트 핫러너 시스템을 사용해 바닥 부분에서 충전이 시작된다. 이 프로세스는 대량 생산형 제품을 위해 계획되었고, 24시간 연속 생산의 요구사항을 충족시켜야 한다. 비록 밸브 게이트 핫러너 시스템 및 우수한 냉각 채널 설계를 사용해서 표면 결함을 효율적으로 개선하고 성형 시간을 단축시켰지만, 유동 불균형으로 인한 웰드라인, 에어트랩 및 헤일로 마크 등의 문제가 발생했다.

그림 1　제품: 투명 저장용기

Moldex3D의 시뮬레이션 결과대로 유동 불균형 현상은 실제로 감지되었다(그림 2). 추가로 온도 결과 프로파일을 관찰하면, 밸브 핀을 우회하는 융용물의 코너 효과로 인해 고온 용융물 대부분이 외부로 퍼져서 완제품으로 이어진다는 것을 알게 되었다 (그림 3).

그림 2　Moldex3D의 유동선단 등 값에서(좌측) 볼 수 있는 유동 불균형 현상은 실험 결과와(우측) 일치한다.

그림 3　온도 프로파일을 관찰하면, 용융물이 밸브 핀(좌측)을 통과한 후 온도 분포가 발생하여 완제품(우측)까지 이어지는 것을 볼 수 있다.

시뮬레이션 결과와 실험 검증 모두 밸브 핀이 유동 균형에 영향을 미치는 핵심임을 분명하게 보여 주었기 때문에, 펠리는 CAE를 통해 밸브 핀의 길이 수정 및 밸브 핀 제거 결과를 신속하게 검증한 후, 밸브 핀을 제거한 후 유동 균형이 분명하게 개선되었음을 발견했고 (그림 4), 실제 성형 검증도 분석 결과와 일치했다 (그림 5).

그림 4　밸브 핀 제거 후의 시뮬레이션 결과	그림 5　실험 검증

마지막으로 펠리는 플립형 러너 설계를 통해 용융물이 게이트를 통과한 후의 온도 차이를 줄였고(그림 6), 유동 균형을 개선했다 (그림 7).

그림 6　러너 플립형 설계를 통해, 밸브 핀을 통과한 후의 온도 차이가 감소하였고(좌측), 유동 균형도 개선되었다(우측).

그림 7　설계 최적화 후, 분명하게 개선된 유동 균형(우측)

펠리 팀은Moldex3D의 분석 및 일련의 저비용 실제 검증을 통해 제품 문제를 일으키는 근본적 원인을 찾고 이를 통해 밸브 핀 설계를 개선함으로써, 유동 불균형 불량률을 100%에서 0%로 줄이고, 실제 생산 총 불량률을 0.05%로 감소시켜 비효율적인 생산과 비용 낭비를 방지했다.

결과

Moldex3D의 유동 및 Hexa-based 메쉬 기술을 통해 펠리 엔지니어는 제품의 유동 불균형 현상을 시뮬레이션해 코너 효과를 일으키는 원인을 파악하고, 고해상도의 온도 분포 상황을 나타낼 수 있었다. 또한, 비교 시뮬레이션 분석 및 실험 결과에서도 밸브 핀의 설계가 유동 불균형을 일으키는 핵심임이 증명되었다. Moldex3D는 펠리 팀이 런너 설계를 최적화하여 용융물이 밸브 핀을 통과한 후의 온도 차이를 낮추고, 더 나아가 유동 균형을 개선하도록 지원했다.